CC BY
38
663.032.9
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕНТРОБЕЖНОГО СМЕСИТЕЛЯ ДЛЯ СТАДИИ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ КОМБИНИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ
Г.Е. ИВАНЕЦ, С.А. РАТНИКОВ
Кемеровский технологический институт - ;
пищевой промышленности
В настоящее время при получении ряда дисперсных комбинированных продуктов питания необходимо решить задачу равномерного распределения различных добавок (от 0,1 до 1,5%) по всему объему смеси [1]. Анализ работ, выполненных в лаборатории смешения кафедры процессов и аппаратов, показывает, что эта задача может быть решена при использовании центробежного смесителя, обладающего возможностью создания в нем интенсивной циркуляции смешиваемой композиции [2]. Однако интенсивная циркуляция может быть организована только в том случае, если смешиваемые компоненты приведены в псевдоожи-женное состояние. В этом случае большую роль играют их физико-механические характеристики.
Основной целью данной работы является изучение влияния физико-механических свойств дисперсных материалов на процесс их смешивания. Исследования проводили на лабораторной модели центробежного смесителя-диспергатора периодического действия. Он позволяет не только осуществлять смешивание, но и разрушать конгломераты частиц исходных компонентов, образующихся при их длительном хранении и переработке.
-+
О
□
У г -о» -с!к.к~20мкм -а- -с/кк —ЗООмкм
02 04 0,6 0.8
Рис. 1
прочих равных условиях, достигается, если размеры частиц основного и ключевого компонентов близки между собой. Если же размеры частиц отличаются в десятки раз, то качество смеси (значение коэффициента Ус) существенно ухудшается, особенно если один из компонентов мелкодисперсный. Это объясняется тем, что мелкодисперсные материалы значительно легче приводятся во взвешенное состояние, чем компоненты с размерами частиц 300 мкм и более. Поэтому при переводе основного компонента в псевдоожиженное состояние большая часть ключевого компонента превращается в пылевоздушную смесь, что приводит к явлению сегрегации. Нами доказано, что в этом случае положительное влияние оказывает увлажнение основного компонента смеси. Так, внесение небольшого количества жидкости (1-2%) позволяет снизить величину на 0,5-1%.
Анализ предварительных опытов показал, что существенное влияние на процесс смешивания компонентов оказывает различие в их гранулометрических составах, в также связность основного компонента смеси. Исследование влияния размеров частиц смешиваемых компонентов на качество получаемой смеси заключалось в нахождении зависимости коэффициента неоднородности смеси Ус от среднемассового размера частиц основного компонента йок. Каждая из построенных кривых отвечала некоторому значению среднемассового размера частиц ключевого компонента г/кк (рис. 1).
Соотношение основного и ключевого компонентов смеси составляло 1:120. Анализ опытных данных показывает, что лучшее качество смеси, при
Рис. 2
На рис. 2 показана зависимость величины Ус от степени увлажнения основного компонента ( п — сечка пшеничная {й ~ 1 мм), V = 0,0039 и2 — 0,09 и + 5.571; о — соль Ыок - 0,75 мм), V. = 0,0043 1Г — 0,1 и + 5,393; О — песок (</о к - 0,42 мм), I/ = 0,015 II2 - 0,0634 и + 5,055; и — объем воды в мл, вносимой в 1 дм основного компонента смеси). Это явление объясняется тем, что жидкость образует тонкую пленку на поверхности более крупных частиц, к которой прилипает большая часть пылегазовой фазы, что уменьшает пылеобразование и препятствует сегрегации. При этом способность основного компонента смеси псевдоожижаться снижается незначительно. Представленные зависимости достаточно адекватно описываются полиномом второй степени.
Нами исследовалось также влияние связности основного компонента смеси на ее качество. Связность сыпучих материалов определяется силами взаимодействия их частиц между собой и характеризуется высотой устойчивого откоса Нс. Величина последней зависит от таких физико-механических
характеристик, как начальное удельное сопротивление сдвигу, насыпная плотность, угол трения. По величине Яс сыпучие материалы можно подразделить на связные (Яс>0,4 м), собственно сыпучие материалы (Яс = 0) и связно-сыпучие, которые при определенных условиях обладают удовлетворительной сыпучестью. На рис. 3 представлена зависимость качества смеси Ус от величины связности основного компонента ( □ — песок (¿0 ~ 0,42 мм), V = 12,78 Яс2 - 5,2 Яс + 4,54; о — сода (<*ок - 0,2 мм), Ус = 12,215 Я/ - 5,55 Н + 3,893; <>—мука (¿ок ~ 0,1 мм), 1/ = 11,2 Я/ -5,163 Яс + 3,33). Изменение значения Яс для одного и того же материала осуществлялось путем добавления в него определенного количества растительного масла. Полученные зависимости достаточно адекватно описываются полиномом второй степени. Анализ опытных данных показывает, что с ростом величины Яс наблюдается ухудшение качества смеси. Так, при значениях связности Н>0,7 м и соотношении смешиваемых компонентов 1:100 удается получить смесь только удовлетворительного качества (Кс>6%). Это объясняется наличием множества конгломератов частиц в исходных связных материалах и их образованием в процессе смешивания под воздействием перемешивающего устройства. Наличие конгломератов затрудняет и замедляет равномерное распределение ключевого компонента по всему объему смеси, препятствует приведению последней в псевдоожиженное состояние. Поэтому следующей частью работы было проведение исследований с целью обеспечения интенсивной циркуляции смеси внутри аппарата и разрушения конгломератов частиц. Правильно выбранная форма камеры смешения позволяет устранить застойные зоны в рабочем пространстве, уменьшить адгезию смеси к внутренним стенкам и, как следствие, организовать интенсивную циркуляцию смешиваемых материалов.
03 05 Об 07 Нс/4
Рис. 3
Нами исследовано три варианта формы камеры смешения с отражательной перегородкой в виде диска, в виде сферической поверхности и в виде сферической поверхности с плоским днищем.
Анализ экспериментальных данных показал, что наиболее приемлемым является второй вариант. При прочих равных условиях именно в этом случае была получена наиболее качественная смесь. Од-
нако если при высоких оборотах перемешивающего устройства возникает необходимость отвода значительного количества тепла, предпочтительней третий вариант. Основное влияние на повышение эффективности работы смесителя оказывает все же конструкция перемешивающего устройства. Последнее должно не только обеспечить интенсивную циркуляцию смеси за счет перевода ее в псевдоожиженное состояние, но и способствовать разрушению конгломератов частиц, имеющихся в исходных компонентах и образующихся в процессе смешивания. Кроме того, совмещение процессов гомогенизации и диспергирования позволяет сблизить размеры перемешиваемых частиц, что, как показали наши опыты, улучшает качество смеси. Диспергирование позволяет увеличить поверхность межфазного контакта взаимодействующих мелкодисперсных компонентов. Большая площадь ’’свежеобразованной’' поверхности тонкоизмель-ченного материала облегчает его дальнейшую технологическую обработку и улучшает физико-меха-нические характеристики. Поэтому в качестве перемешивающего устройства нами были выбраны крестообразные лопасти с режущими кромками, обладающие диспергирующим эффектом. Концы лопастей загнуты по образующей днища. Кроме того, для уменьшения процесса образования конгломератов при смешении на лопасти были установлены рыхлительные устройства в виде ряда стержней диаметром 1-1,5 мм и расстоянием между ними 5-7 мм. Они установлены таким образом, чтобы разрыхлять поток материала, сходящего с лопасти, и тем самым предотвращать его уплотнение.
Были проведены контрольные опыты по приготовлению смесей на основе сухого молока с содержанием до 25% жира. Анализ опытных данных показал, что установка на перемешивающем органе ряда стержней при прочих равных условиях улучшает качество смеси и уменьшает время смешивания на 10-15%.
ВЫВОДЫ
1. Исследование влияния физико-механических характеристик дисперсных компонентов показало, что небольшие добавки жидкости (1-2%) и уменьшение количества конгломератов положительно сказываются на качестве смеси.
2. Выбор рациональной формы камеры смешивания и наделение перемешивающего устройства функциями диспергатора приводят к массовому разрушению конгломератов частиц и существенному улучшению качества смеси.
3. Предложенная конструкция центробежного смесителя-диспергатора позволяет получать смеси хорошего качества при соотношении компонентов 1:100.
ЛИТЕРАТУРА
1. Романов А.С. Циклодекстрины — полифункциональные пищевые добавки. — Кемерово: КемТИПП, 1998. — 147 с.
2. Иванец В.Н., Спиричев В.В., Позняковский В.М. Гигиенические аспекты, технология и аппаратурное оформление витаминизации пищевых продуктов. — Кемерово: Кузбассвузиздат, 1991. — 159 с.
Кафедра процессов и аппаратов пищевых производств
Поступила 14.07.99 г.
